数字化背景下城市仿真技术在城市规划中的应用
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摘要：本文从数字城市背景下城市规划工作的变化出发，介绍了城市仿真技术的特点及关键技术，简述了其在城市规划工作中发挥的作用及意义。
关键词： 城市规划；城市仿真技术；虚拟现实
Abstract: In this paper, from the change of city planning under the background of the digital city, introduces the characteristics and the key technology of city simulation technology, describes its plays in the city planning work in the role and significance of.
Key words: city planning; city simulation technology; virtual reality
中图分类号：TU984文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1 引言
随着城市社会科技的迅猛发展，社会对城市规划、建设和管理要求越来越高，这是由城市规划在城市发展中的战略地位所决定的。然而过去传统的城市规划中，主要以感性规划为主，存在自上而下命令式、强制控制等级式的管理体制，缺乏相应的客观性、独立性和权威性，公众参与的缺失，也影响了规划设计方案的科学性、前瞻性，影响了政府决策的宏观和全局性的把握。
随着计算机及网络技术的飞速发展和数字化潮流的掀起，基于数字城市平台上的虚拟学校、虚拟影院等应运而生。如何利用先进的计算机技术实现现代城市本身的数字化，是城市管理者、规划部门、公众所共同关心的问题，而城市仿真技术作为数字城市的支撑技术之一，也成为了当前各个领域所研究的热点。
2.1城市规划设计理念的转变
随着数字化、信息化概念的不断深入，数字城市建设的不断发展，传统的城市规划理念也受到了强烈的冲击。传统老式的静态规划面临着向多阶段过程转化为一系列单阶段问题逐个求解的动态规划转变，从简单考虑资源配置的物质规划向全面考虑社会经济文化发展需要的精神规划转变，从集中式的由规划设计专家评审到规划设计人员、决策者和社会大众三者共同参与的协作式规划模式转变，从行政管理到法制化管理的转变。
数字城市的建立为城市规划提供了数字平台与技术基础。它一方面使城市规划所需要的一切信息通过数字技术表现出来，城市规划和管理人员能够从整体上了解和掌握城市各类信息，从更大和更广的范围研究和探讨城市发展的一般规律。另 一 方面，通过数字城市提供的多种分析手段和模型，对城市现象进行更多的定量分析，从而进一步提高规划的科学性、可操作性和前瞻性。规划和管理工作者的观念和逻辑思维也随之发生重大变化，从工业社会的物质生产方式转向信息社会和数字化社会的知识生产方式，思维从单一化转向了多元化。
2.2城市规划技术方法的转变
（1）获取信息的手段发生转变。数字城市具备了海量数据存储设备，高速宽带的信息传输系统和高效智能的处理系统，规划设计所需的大量数据也由传统的现场踏勘方式转变为室内数据处理方式，实现了城市规划的现代化。
（2）规划设计方案决策和表现方式发生转变。数字城市的建立，使得规划设计及规划成果的表现由原来的二维平面转变为可视化、动态化、形象化，使规划人员可以利用多种分析手段和模型对城市发展现象、过程、趋势进行量化分析和预测，使得规划方案更加科学、合理、准确。
（3）公众参与度发生转变。对于城市规划成果，利用可视化技术，通过网络展现虚拟城市景观，公众可以实时、在线参与城市规划，提出自己的意见和设想，在充分展现群众的参与权和监督权的同时，充分体现出了规划工作的公平、公正和客观性。
3 城市仿真技术
3.1 概念及特征
通俗地讲，城市仿真(Urban Simulation)就是将“虚拟现实”技术应用在城市规划、建筑设计等领域。而“虚拟现实”（Virtual Reality）又称为灵境技术，是一种用来构建和体验虚拟世界的计算机技术。它具有实时的三维空间表现能力，自然的人机交互式操作系统并能给人类带来身临其境的感受。虚拟现实技术广泛应用在军事模拟、视景仿真、虚拟制造等方面。
城市仿真具备三个特点：（1）良好的交互性。提供了任意角度、速度的漫游方式，可以快速替换不同的建筑；（2）形象直观，为专业人士和非专业人士之间提供了沟通的渠道；（3）利用数字化的手段，使得数据更新和维护变得非常容易。
3.2 关键技术
（1）3D建模技术
为了实现基于Web的三维虚拟城市，必须建立大量相应的3D模型和2D纹理素材。常用的建模方式有：常规的语言编写3D模型、3DS建模输出3D模型、规划成果经过格式转换生成3D模型、根据2D信息进行3D模型重建等等。
（2）真实感图形的实时绘制技术
场景造型是构造虚拟现实系统的第一步，不同于传统真实感图形绘制算法，它追求的是图形的真实感和高质量，我们往往需要通过一些算法在“真实”和“实时”之间寻求一种平衡，常用的包括光亮度计算、纹理映射技术和实时消隐技术等，以满足我们的需要。
（3）立体声合成和立体显示技术
在虚拟现实系统中，如何消除声音的方向与用户头部运动的相关性已成为声学专家们研究的热点；同时，虽然三维图形生成和立体图形生成技术已经较为成熟，但复杂场景的实时显示一直是计算机图形学的重要研究内容。
（4）交互技术
交互性能的高低是衡量虚拟现实技术水平的重要标志。虚拟现实中的人机交互远远超出了键盘和鼠标的传统模式，三维交互技术、触觉反馈是虚拟现实技术的难点。此外，语音识别与语音输入也是虚拟现实系统的一种重要人机交互手段。
4 城市仿真技术在城市规划中的应用
城市仿真技术应用于城市规划，可以为城市规划提供辅助设计、查询分析、成果展示、模型更新等技术手段。人们可以将城市设计方案放入虚拟世界，考虑这些规划方案对现实环境的影响，观察方案是否合理、与周边环境是否和谐，实现设计方案的推敲对比、评审，甚至实时地进行方案修改，同时结合城市规划、城市建设进程，通过进行方案评审和成果入库，动态更新城市模型，从而避免实际建造所消耗的资本和时间，对提高城市规划和生态环境，降低城市合理规划的成本，缩短城市合理规划的时间有着非常重要的意义。
（1）规划审批工作更具科学性。虚拟现实可视化，结合3D、GIS技术，具备了规划方案的多方案比较、对照分析、通视分析、空间信息分析服务，地下管网及城市网线布局控制显示功能，实现城市多维、多源、多尺度时态和动态数据的维护与更新管理，能解决规划审批工作中的诸多难题。
（2）多部门协同工作更具共享性。城市仿真应用系统可实现三维数据库动态应用与一体化管理，能为多部门提供便捷的城市立体空间数据信息共享，在根本上实现城市数字一体化管理进度。
（3）领导决策更具可依性。通过将具体项目在真实场景中进行多方案比较分析，提高了项目的可行性，也为领导层提供了直观、真实、科学的空间综合数据决策依据，提高了项目方案配比合理化水平。
（4） 规划建设更具民主性。虚拟现实可视化，能够实现网络与市民公示。市民通过在线浏览共享和查询分析，参与评论和投票，从而增加项目的民意性参与，树立良好的市政形象。
（5）城市在线宣传更具推广性。虚拟现实可视化，可以对特定场所进行高精度渲染，可以预设待开发项目的规划效果，为今后城市的在线宣传与投资政策起到了巨大的直观推动作用。
5 结束语
城市仿真技术作为信息技术中的一种新兴技术，正在逐渐成为帮助城市规划和管理的重要手段，它对于城市规划的影响不仅表现在对城市规划所需信息的采集、处理和利用方面，更为重要的是它改变了城市规划内部信息流程和规划部门与社会的信息交流与反馈机制，进而对城市规划管理体制产生深远的影响。随着网络技术和计算机软硬件的发展，城市仿真技术在城市规划管理中的应用将会更加广泛，同时，城市仿真技术还可以拓展到如市政管理、公共交通、环境保护、地产开发、公安消防等其他领域的应用，可以实现各种道路系统设计的三维立体仿真，包括高速公路线路选择、立交体系的仿真、城市交通仿真等，前景令人期待。
参考文献：
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[4] 王长青.城市仿真与规划[J]. 内蒙古科技与经济，2005.